Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi(Luận án tiến sĩ) Phát triển phương pháp biên nhúng kết hợp phương pháp Proper Generalized Decomposition (PGD) cho bài toán dòng chảy nhớt không nén được qua vật thể biên cứng và biên đàn hồi
LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) Lê Quốc Cường iii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành cảm ơn đến thầy hướng dẫn tơi PGS TS Nguyễn Hồi Sơn Thầy ln động viên định hướng cho tơi suốt q trình thực luận án Tôi thật biết ơn đến thầy hướng dẫn thứ hai TS Phan Đức Huynh Thầy định hướng nghiên cứu, cung cấp tài liệu theo sát q trình nghiên cứu tơi Tiếp theo, xin chân thành cảm ơn đến quý thầy Khoa Xây dựng Phịng Đào tạo hỗ trợ tơi q trình học tập nghiên cứu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bạn nghiên cứu viên nhóm nghiên cứu GACES trao đổi, động viên đóng góp ý kiến để tơi hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân tất bạn bè tôi, người tin tưởng động viên tinh thần cho suốt khoảng thời gian thực luận án Tp Hồ Chí Minh, Ngày 30 tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh Lê Quốc Cường iv TÓM TẮT Luận án phát triển phương pháp biên nhúng (Immersed boundary – IB) kết hợp với phương pháp tách biến Proper Generalized Decomposition (PGD) để giải toán tương tác rắn-lỏng (Fluid structure interaction – FSI) Mục tiêu luận án phát triển phương pháp hiệu để giải toán FSI Trước tiên, phương pháp đề xuất sử dụng phương pháp IB để xử lý diện vật cản miền lưu chất cách thay ảnh hưởng vật cản thành phần lực cưỡng tác động lên miền lưu chất, miền tính tốn xem cịn miền lưu chất đơn Vì vậy, trình chia lưới đơn giản nhiều không cần phải thực lại sau bước thời gian tốn vật cản có biên di chuyển miền lưu chất Bên cạnh đó, để gia tốc cho q trình tính tốn tiết kiệm nhớ chương trình, phương pháp PGD đề xuất để giải phương trình vi phân đạo hàm riêng Phương pháp PGD giải tốn khơng gian đa chiều dựa nguyên lý đưa phương trình vi phân đạo hàm riêng đa chiều việc giải phương trình vi phân chiều Luận án đề xuất áp dụng phương pháp PGD để giải phương trình vi phân đạo hàm riêng khơng gian hai chiều ba chiều Tiếp theo, phương pháp PGD đề xuất áp dụng vào tốn dịng chảy nhớt không nén điều kiện biên khác Sau cùng, luận án đề xuất việc kết hợp phương pháp IB với phương pháp PGD để giải tốn dịng chảy nhớt khơng nén qua vật thể biên cứng biên đàn hồi Các kết tính tốn từ phương pháp đề xuất cho thấy hiệu hướng đầy hứa hẹn việc giải toán tương tác rắn lỏng v ABSTRACT The thesis has developed the immersed boundary (IB) method combined with the separation method of Proper Generalized Decomposition (PGD) to solve fluid-structure interaction problems The primary goal of the thesis is to develop an effective method to solve the problem of incompressible viscous flow past rigid and elastic obstacles Firstly, the method has proposed using IB method to handle the effect of obstacles in the fluid domain by replacing the effect of obstacles by a forced force component acting on the fluid domain, when that computational domain is considered as a single fluid domain Therefore, the meshing process is much simpler and not need to be repeated after every time step for problems with boundary movement in the fluid domain Besides, to accelerate the computational process and save the program memory, PGD method is proposed to solve the partial differential equations The PGD method which solves multi-dimensional spatial problems is based on the principle that transforms multi-dimensional partial differential equations into one-way differential equations The thesis has proposed the application of PGD method to solve partial differential equations in two-dimensional and three-dimensional space Next, the PGD method has been proposed to apply to incompressible viscous fluid flow problems at different boundary conditions Finally, the thesis has proposed to combine the IB method with PGD method to solve the incompressible viscous flow problems past rigid and elastic obstacles The calculated results from the proposed method have shown the effectiveness and promising direction in solving problems of fluid-structure interaction vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách chữ viết tắt xi Danh sách hình xiii Danh sách bảng xviii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan phương pháp IB 1.2.1 Phương pháp IB cổ điển 1.2.2 Phương pháp IB cưỡng trực tiếp 1.2.3 Phương pháp IB chiếu 1.2.4 Phương pháp IB ô ảo 1.2.5 Phương pháp IB cắt ô 10 1.2.6 Phương pháp mặt phân cách nhúng 11 1.2.7 Phương pháp IB biến không 11 1.3 Tổng quan phương pháp PGD 12 1.4 Nhận xét 13 1.5 Mục tiêu nghiên cứu 14 1.6 Phạm vi nghiên cứu 14 1.7 Phương pháp nghiên cứu 14 1.8 Tính luận án 15 1.9 Bố cục luận án 15 vii Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP PGD CHO BÀI TOÁN PHƢƠNG TRÌNH VI PHÂN ĐẠO HÀM RIÊNG 17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Phương pháp PGD cho phương trình vi phân đạo hàm riêng 18 2.2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp PGD 18 2.2.2 Phương pháp PGD cho phương trình vi phân đạo hàm riêng bậc cao 20 2.2.2.1 Phương trình Poisson 20 2.2.2.2 Phương trình Biharmonic 26 2.2.3 Sơ đồ sai phân hữu hạn cho phương trình vi phân chiều 31 2.3.4 Ví dụ minh họa 32 2.3 Kết luận 45 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP PGD CHO BÀI TỐN DỊNG CHẢY NHỚT KHƠNG NÉN 47 3.1 Giới thiệu 47 3.2 Hệ phương trình Navier – Stokes cho tốn dịng chảy nhớt khơng nén 47 3.3 Phương pháp chiếu 48 3.4 Rời rạc không gian 50 3.4.1 Lưới so le 50 3.4.2 Xấp xỉ đạo hàm 51 3.4.2.1 Đạo hàm bậc hai 51 3.4.2.2 Đạo hàm bậc 52 3.4.2.3 Đạo hàm thành phần phi tuyến (theo sơ đồ sai phân trung tâm) 53 3.4.2.4 Đạo hàm thành phần phi tuyến (theo sơ đồ sai phân ngược) 54 3.5 Điều kiện biên 56 3.6 Giải phương trình Poisson áp suất 58 3.7 Giải thuật tổng quát 63 3.8 Kết mô số 65 3.8.1 Bài tốn dịng chảy miền vng viii 65 3.8.2 Bài tốn dịng chảy bậc qua miền chữ nhật 3.9 Kết luận 75 81 Chƣơng 4: PHƢƠNG PHÁP BIÊN NHÚNG KẾT HỢP VỚI PHƢƠNG PHÁP PGD CHO BÀI TỐN DỊNG CHẢY NHỚT KHƠNG NÉN QUA VẬT CẢN BIÊN CỨNG 83 4.1 Giới thiệu 83 4.2 Hệ Phương trình chuyển động 84 4.3 Phương pháp số 85 4.3.1 Phương pháp chiếu 86 4.3.2 Xác định thành phần lực cưỡng f 88 4.3.3 Rời rạc không gian 90 4.3.4 Giải phương trình Poisson 91 4.4 Giải thuật tổng quát 91 4.5 Kết mô số 94 4.5.1 Bài tốn dịng chảy miền vng với trụ trịn tâm miền tính tốn 94 4.5.2 Bài tốn dịng chảy qua trụ tròn cố định 97 4.5.3 Bài tốn trụ trịn dao động trực tuyến miền lưu chất tĩnh 110 4.5.4 Bài tốn trụ trịn dao động cắt ngang dòng chảy tự 114 4.6 Kết luận 118 Chƣơng 5: PHƢƠNG PHÁP BIÊN NHÚNG KẾT HỢP VỚI PHƢƠNG PHÁP PGD CHO BÀI TỐN DỊNG CHẢY NHỚT KHÔNG NÉN QUA VẬT CẢN BIÊN ĐÀN HỒI 121 5.1 Giới thiệu 121 5.2 Hệ phương trình chuyển động 121 5.3 Lực biên đàn hồi 123 5.3.1 Lực kéo 123 5.3.2 Lực uốn 125 5.4 Phương pháp số 128 ix 5.4.1 Lực kéo lực uốn 128 5.4.1.1 Lực kéo điểm biên nhúng 128 5.4.1.2 Lực uốn điểm biên nhúng 129 5.4.2 Phương pháp chiếu 131 5.5 Giải thuật tổng quát 132 5.6 Kết mô số 135 5.6.1 Bài tốn tương tác dịng chảy nhớt khơng nén với sợi đàn hồi 135 5.6.2 Bài toán tương tác dịng chảy nhớt khơng nén với hai sợi đàn hồi 142 5.6.3 Bài tốn sợi đàn hồi khép kín miền lưu chất tĩnh 150 5.7 Kết luận 155 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 157 6.1 Kết luận 157 6.2 Kiến nghị 159 TÀI LIỆU THAM KHẢO 160 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 178 PHỤ LỤC 1: CHƢƠNG TRÌNH MATLAB GIẢI PHƢƠNG TRÌNH POISSON TRONG KHƠNG GIAN CHIỀU 180 PHỤ LỤC 2: CHƢƠNG TRÌNH MATLAB MƠ PHỎNG BÀI TỐN DỊNG CHẢY NHỚT KHƠNG NÉN ĐƢỢC QUA TRỤ TRÒN x 184 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt IBM Immersed boundary method (phương pháp biên nhúng) PGD Proper Generalized Decomposition FSI Fluid-structrure interaction (tương tác rắn lỏng) Ký hiệu khoa học t Thời gian u Véc tơ vận tốc u Thành phần vận tốc theo phương ngang v Thành phần vận tốc theo phương đứng Khối lượng riêng lưu chất p Áp suất lưu chất Độ nhớt động lực học Xốy Hàm dịng Ub Vận tốc biên nhúng U Thành phần vận tốc theo phương ngang biên nhúng V Thành phần vận tốc theo phương đứng biên nhúng F Lực biên nhúng lưới Lagrange Fx Lực cản Fy Lực nâng Cd Hệ số cản Cl Hệ số nâng f Lực khối tác dụng lên lưu chất lưới Euler g Véc tơ gia tốc trọng trường xi Re Hệ số Reynolds St Hệ số Strauhal KC Hệ số Keulegan-Carpenter u* Vận tốc trung gian lưu chất u n1 Vận tốc lưu chất bước thời gian n s Khối lượng riêng sợi đàn hồi xc Tọa độ trọng tâm theo phương x vật rắn yc Tọa độ trọng tâm theo phương y vật rắn n Véc tơ pháp tuyến đơn vị τ Véc tơ tiếp tuyến đơn vị xii sandwich plates," Finite Elements in Analysis and Design, vol 139, pp 1-13, 2018/02/01/ 2018 [109] A Leygue and E Verron, "A First Step Towards the Use of Proper General Decomposition Method for Structural Optimization," Archives of Computational Methods in Engineering, vol 17, pp 465-472, 2010/12/01 2010 [110] C Ghnatios and E Hachem, "A stabilized mixed formulation using the proper generalized decomposition for fluid problems," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2018/10/03/ 2018 [111] C Leblond and C Allery, "A priori space–time separated representation for the reduced order modeling of low Reynolds number flows," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol 274, pp 264-288, 2014/06/01/ 2014 [112] B Mokdad, E Prulière, A Ammar, and F Chinesta, "On the Simulation of Kinetic Theory Models of Complex Fluids Using the Fokker-Planck Approach," Applied Rheology, vol 17/2, pp 1-14, 2007 2007 [113] J Berger, M Chhay, S Guernouti, and M Woloszyn, "Proper generalized decomposition for solving coupled heat and moisture transfer," Journal of Building Performance Simulation, vol 8, pp 295-311, 2015/09/03 2015 [114] J Berger, H R B Orlande, and N Mendes, "Proper Generalized Decomposition model reduction in the Bayesian framework for solving inverse heat transfer problems," Inverse Problems in Science and Engineering, vol 25, pp 260278, 2017/02/01 2017 [115] M A Nasri, C Robert, A Ammar, S El Arem, and F Morel, "Proper Generalized Decomposition (PGD) for the numerical simulation of polycrystalline aggregates under cyclic loading," Comptes Rendus Mécanique, vol 346, pp 132151, 2018/02/01/ 2018 [116] J Chenevier, D González, J V Aguado, F Chinesta, and E Cueto, "Reduced-order modeling of soft robots," PLOS ONE, vol 13, p e0192052, 2018 173 [117] S González-Pintor, D Ginestar, and G Verdú, "Using proper generalized decomposition to compute the dominant mode of a nuclear reactor," Mathematical and Computer Modelling, vol 57, pp 1807-1815, 2013/04/01/ 2013 [118] F Chinesta, A Ammar, and E Cueto, "Recent Advances and New Challenges in the Use of the Proper Generalized Decomposition for Solving Multidimensional Models," Archives of Computational Methods in Engineering, vol 17, pp 327-350, 2010 2010 [119] F Chinesta, P Ladeveze, and E Cueto, "A Short Review on Model Order Reduction Based on Proper Generalized Decomposition," Archives of Computational Methods in Engineering, vol 18, p 395, 2011/10/11 2011 [120] A Dumon, C Allery, and A Ammar, "Proper general decomposition (PGD) for the resolution of Navier–Stokes equations," Journal of Computational Physics, vol 230, pp 1387-1407, 2011/02/20/ 2011 [121] A Dumon, C Allery, and A Ammar, "Proper Generalized Decomposition method for incompressible Navier–Stokes equations with a spectral discretization," Applied Mathematics and Computation, vol 219, pp 8145-8162, 2013/04/01/ 2013 [122] M Ghasemi, "Spline-based DQM for multi-dimensional PDEs: Application to biharmonic and Poisson equations in 2D and 3D," Computers & Mathematics with Applications, vol 73, pp 1576-1592, 2017/04/01/ 2017 [123] Z Shi, Y.-y Cao, and Q.-j Chen, "Solving 2D and 3D Poisson equations and biharmonic equations by the Haar wavelet method," Applied Mathematical Modelling, vol 36, pp 5143-5161, 2012/11/01/ 2012 [124] A J Chorin, "Numerical Solution of the Navier-Stokes Equations," Mathematics of Computation, vol 22, pp 745-762, 1968 [125] U Ghia, K N Ghia, and C T Shin, "High-Re solutions for incompressible flow using the Navier-Stokes equations and a multigrid method," Journal of Computational Physics, vol 48, pp 387-411, 1982/12/01/ 1982 174 [126] C.-H Bruneau and M Saad, "The 2D lid-driven cavity problem revisited," Computers & Fluids, vol 35, pp 326-348, 2006/03/01/ 2006 [127] S.-G Cai, "Computational fluid-structure interaction with the moving immersed boundary method," Université de Technologie de Compiègne, 2016 [128] B F Armaly, F Durst, J C F Pereira, and B Schönung, "Experimental and theoretical investigation of backward-facing step flow," Journal of Fluid Mechanics, vol 127, pp 473-496, 2006 [129] J Kim and P Moin, "Application of a fractional-step method to incompressible Navier-Stokes equations," Journal of Computational Physics, vol 59, pp 308-323, 1985/06/01/ 1985 [130] E Erturk, "Numerical solutions of 2-D steady incompressible flow over a backward-facing step, Part I: High Reynolds number solutions," Computers & Fluids, vol 37, pp 633-655, 2008/07/01/ 2008 [131] S.-G Cai, A Ouahsine, J Favier, and Y Hoarau, "Moving immersed boundary method," International Journal for Numerical Methods in Fluids, vol 85, pp 288-323, 2017/10/20 2017 [132] D J Tritton, "Experiments on the flow past a circular cylinder at low Reynolds numbers," Journal of Fluid Mechanics, vol 6, pp 547-567, 2006 [133] M Coutanceau and R Bouard, "Experimental determination of the main features of the viscous flow in the wake of a circular cylinder in uniform translation Part Steady flow," Journal of Fluid Mechanics, vol 79, pp 231-256, 2006 [134] D Calhoun, "A Cartesian Grid Method for Solving the Two-Dimensional Streamfunction-Vorticity Equations in Irregular Regions," Journal of Computational Physics, vol 176, pp 231-275, 2002/03/01/ 2002 [135] A L F Lima E Silva, A Silveira-Neto, and J J R Damasceno, "Numerical simulation of two-dimensional flows over a circular cylinder using the immersed 175 boundary method," Journal of Computational Physics, vol 189, pp 351-370, 2003/08/10/ 2003 [136] D Russell and Z Jane Wang, "A cartesian grid method for modeling multiple moving objects in 2D incompressible viscous flow," Journal of Computational Physics, vol 191, pp 177-205, 2003/10/10/ 2003 [137] D V Le, B C Khoo, and K M Lim, "An implicit-forcing immersed boundary method for simulating viscous flows in irregular domains," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol 197, pp 2119-2130, 2008/04/15/ 2008 [138] S K Kang and Y A Hassan, "A comparative study of direct-forcing immersed boundary-lattice Boltzmann methods for stationary complex boundaries," International Journal for Numerical Methods in Fluids, vol 66, pp 1132-1158, 2011/07/30 2011 [139] H DÜTsch, F Durst, S Becker, and H Lienhart, "Low-Reynolds-number flow around an oscillating circular cylinder at low Keulegan–Carpenter numbers," Journal of Fluid Mechanics, vol 360, pp 249-271, 1998 [140] E Guilmineau and P Queutey, "A NUMERICAL SIMULATION OF VORTEX SHEDDING FROM AN OSCILLATING CIRCULAR CYLINDER," Journal of Fluids and Structures, vol 16, pp 773-794, 2002/08/01/ 2002 [141] L Zhu and C S Peskin, "Interaction of two flapping filaments in a flowing soap film," Physics of Fluids, vol 15, pp 1954-1960, 2003/07/01 2003 [142] Y Cheng and H Zhang, "Immersed boundary method and lattice Boltzmann method coupled FSI simulation of mitral leaflet flow," Computers & Fluids, vol 39, pp 871-881, 2010/05/01/ 2010 [143] B E Griffith, "On the Volume Conservation of the Immersed Boundary Method," Communications in Computational Physics, vol 12, pp 401-432, 2015 176 [144] J M Stockie and B R Wetton, "Analysis of Stiffness in the Immersed Boundary Method and Implications for Time-Stepping Schemes," Journal of Computational Physics, vol 154, pp 41-64, 1999/09/01/ 1999 [145] J M Stockie, “Analysis and computation of immersed boundaries, with application to pulp fibres,” The University of British Columbia, 1997 177 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ C Le-Quoc, Linh A Le, V Ho-Huu, P D Huynh, and T Nguyen-Thoi, “An Immersed Boundary Proper Generalized Decomposition (Ib-Pgd) for Fluid– Structure Interaction Problems,” International Journal of Computational Methods, (2017), 1850045 (ISI) Lê Quốc Cƣờng, Nguyễn Hoài Sơn, Phan Đức Huynh Nguyễn Bá Duy, “Giải phương trình 3D Biharmonic phương pháp PGD kết hợp HOCFD,” Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, 8-9/12/2017, Hà Nội – Việt Nam Lê Quốc Cƣờng, Nguyễn Hoài Sơn, Nguyễn Bá Duy Phan Đức Huynh, “Phương pháp PGD kết hợp HOCFD cho toán mỏng chịu uốn,” Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ X, 8-9/12/2017, Hà Nội – Việt Nam Lê Quốc Cƣờng, Phan Đức Huynh, Nguyễn Hoài Sơn Nguyễn Bá Duy, “Phương pháp IB-PGD dựa sơ đồ sai phân bậc hai lưới không cho tốn tương tác rắn – lỏng,” Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ X, 8-9/12/2017, Hà Nội – Việt Nam Cuong Q Le, H Phan-Duc, Son H Nguyen, “Immersed Boundary Method Combined With Proper Generalized Decomposition For Simulation Of A Flexible Filament In A Viscous Incompressible Flow,” Vietnam Journal of Mechanics, 2017 (2), 109-119, ISSN: 0866-7136 Lê Quốc Cƣờng, Nguyễn Hoài Sơn, Phan Đức Huynh, “Phương pháp Proper Generalized Decomposition cho tốn dịng chảy nhớt khơng nén qua miền vng,” Tuyển tập cơng trình Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc, 2015, 45-52, ISBN: 978-604-84-1272-2 178 Lê Quốc Cƣờng, Nguyễn Hồi Sơn, Phan Đức Huynh, “Mơ số tương tác dịng chảy nhớt khơng nén với sợi đàn hồi phương pháp Proper Generalized Decomposition kết hợp với phương pháp biên nhúng,” Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học kỹ thuật tồn quốc, 2015, 35-44, ISBN: 978-604-84-1272-2 Lê Quốc Cƣờng, Phan Đức Huynh, Nguyễn Hồng Sơn, “Mơ dịng chảy nhớt khơng nén qua trụ tròn phương pháp biên nhúng kết hợp PGD,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường Đại học kỹ thuật, 2014 (102), 101-105 Huynh, P.D., Cuong, L.Q, “The numerical simulation of heat transfer and fluid flow problems by using the proper generalized decomposition method,” Proceedings of the 2012 International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2012), HoChiMinh City, Vietnam, 35-39, 2012 10 Cuong, L.Q, Huynh, P.D, “Numerically study effectiveness of control surface on aerodynamic of bridge deck by using immersed boundary method,” Proceedings of the 2012 International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2012), HoChiMinh City, Vietnam, 1-5, 2012 179 PHỤ LỤC 1: CHƢƠNG TRÌNH MATLAB GIẢI PHƢƠNG TRÌNH POISSON TRONG KHƠNG GIAN CHIỀU BẰNG Chương trình giải phương trình 2D Poisson phương pháp PGD kết hợp với phương pháp sai phân hữu hạn: % Tac gia: Le Quoc Cuong (C Le-Quoc or Le Quoc-Cuong) % Don vi: University of Technical Education Ho Chi Minh City % email: cuonglq.vietnam@gmail.com % Muc dich: Giai phuong trinh 2D Poisson % -clc clear all close all format long tic lx = 1; ly = 1; nx = 100; ny = 100; x = linspace(0,lx,nx+1); dx = lx/nx; y = linspace(0,ly,ny+1); dy = ly/ny; f = -8*pi^2*sin(2*pi*x')*sin(2*pi*y); % Ve phai cua phuong trinh Poisson u_ex = sin(2*pi*x')*sin(2*pi*y); % Loi giai chinh xac tol_u = 10^(-8); % Dieu kien dung toan cuc tol_RS = 10^(-8); % Dieu kien dung cua bien R va S [X,Y,u] = PGD_Poisson2D(x,y,tol_u,tol_RS,f); er=sqrt(sum(sum((u-u_ex).^2))/(nx*ny)); % Sai so figure(1) % Hien thi loi giai PGD surf(x,y,u'); xlabel('x') ylabel('y') zlabel('u_P_G_D') title('PGD solution') Chương trình PGD cho phương trình 2D Poisson: function [X,Y,u,n]= %% Dieu kien bien: Wbc = 1; Ebc = 1; Nbc = 1; Sbc = 1; nx ny dx dy = = = = PGD_Poisson2D(x,y,tol_u,tol_RS,f) [1]:Dirichlet; [2]: Neumann % Bien trai % Bien phai % Bien tren % Bien duoi length(x); length(y); x(2)-x(1); y(2)-y(1); X = zeros(nx,1); D2X = zeros(nx,1); Y = zeros(1,ny); D2Y = zeros(1,ny); Saiso = 1; 180 n = 1; CM_d2x = CMd2x_4order(X,dx); %% Matran tinh dao ham bac hai cua X CM_d2y = CMd2x_4order(Y,dy); %% Matran tinh dao ham bac hai cua Y % Tinh Xn va Yn while saiso>=tol_u N_RS = 1; saisoRS = 1; S = randn(1,ny); % Khoi tao S0 D2S = CM_d2y*S';D2S=D2S'; S_old = zeros(1,ny); R_old = zeros(nx,1); while saisoRS>tol_RS %% Tinh ham R(x) anpha_S = trapz(y,S.^2); beta_S = trapz(y,S.*D2S); gamma_x = trapz(y,(repmat(S,nx,1).*f)')'; anpha_Si = trapz(y,(repmat(S,n-1,1).*Y(1:n-1,:))')'; beta_Si = trapz(y,(repmat(S,n-1,1).*D2Y(1:n-1,:))')'; f1 = D2X(:,1:n-1)*anpha_Si; f2 = X(:,1:n-1)*beta_Si; fx = gamma_x-f1-f2; [R,D2R] = fdm_ODE2(anpha_S,beta_S,fx,CM_d2x,nx,Wbc,Ebc); %% Tinh ham S(y) anpha_R = trapz(x,R.^2); beta_R = trapz(x,R.*D2R); gamma_y = trapz(x,repmat(R,1,ny).*f); anpha_Ri = trapz(x,repmat(R,1,n-1).*X(:,1:n-1)); beta_Ri = trapz(x,repmat(R,1,n-1).*D2X(:,1:n-1)); f1 = anpha_Ri*D2Y(1:n-1,:); f2 = beta_Ri*Y(1:n-1,:); fy = gamma_y-f1-f2; [S,D2S] = fdm_ODE2(anpha_R,beta_R,fy',CM_d2y,ny,Nbc,Sbc); S = S';D2S = D2S'; saisoRS = norm(R*S-R_old*S_old); S_old = S; R_old = R; N_RS = N_RS+1; end %% Gan gia tri X(n+1) va Y(n+1 X(:,n) = (R);D2X(:,n) = (D2R); Y(n,:) = (S);D2Y(n,:) = (D2S); %% Tinh gia tri nghiem cua phuong trinh toan cuc u = X*Y; %% Gia tri u o buoc lap thu n u_n=R*S; %% Tinh sai so if n==1 saiso=norm(D2X*Y+X*D2Y-f)/norm(f); else saiso = sqrt(trapz(x,trapz(y,(u_n).^2,1),2))/… sqrt(trapz(x,trapz(y,(u).^2,1),2)); end n = n+1; end 181 Chương trình tính ma trận hệ số cho đạo hàm bậc hai hàm f theo biến x: function CM = CMd2x_4order(f,h) n = length(f); CM = zeros(n); %% Ap dung sai phan trung tam bac cho nhung diem ben for i=3:n-2 CM(i,i-2) = -1/12; CM(i,i-1) = 4/3; CM(i,i) = -5/2; CM(i,i+1) = 4/3; CM(i,i+2) = -1/12; end %% Ap dung so sai phan tien bac cho cac diem i=1,2 for i=1:2 CM(i,i) = 15/4; CM(i,i+1) = -77/6; CM(i,i+2) = 107/6; CM(i,i+3) = -13; CM(i,i+4) = 61/12; CM(i,i+5) = -5/6; end %% Ap dung so sai phan lui bac cho cac diem i=n-1,n for i=n-1:n CM(i,i) = 15/4; CM(i,i-1) = -77/6; CM(i,i-2) = 107/6; CM(i,i-3) = -13; CM(i,i-4) = 61/12; CM(i,i-5) = -5/6; end CM = CM*(1/h*h); Chương trình giải phương trình vi phân chiều: function [R,D2R] = fdm_ODE2(a,b,f,CM2,n,firstbc,endbc) Ix = speye(n); D2x=CM2; B = f; A = a*D2x+b*Ix; for i=1:n if i == if firstbc==1 A(i,:)=0; A(i,i) = 1; B(i) = 0; elseif firstbc==2 A(i,:)=0; A(i,i) = -3/2; A(i,i+1) = 2; A(i,i+2) = -1; B(i) = 0; end elseif i == n if endbc==1 A(i,:)=0; A(i,i) = 1; B(i) = 0; 182 elseif endbc==2 A(i,:)=0; A(i,i) = -3/2; A(i,i-1) = 2; A(i,i-2) = -1; B(i) = 0; end end end R = inv(A)*B; D2R = D2x*R; 183 PHỤ LỤC 2: CHƢƠNG TRÌNH MATLAB MƠ PHỎNG BÀI TỐN DỊNG CHẢY NHỚT KHƠNG NÉN ĐƢỢC QUA TRỤ TRỊN Chương trình mơ tốn dịng chảy nhớt khơng nén qua trụ trịn phương pháp IB kết hợp với phương pháp PGD: % Tac gia: Le Quoc Cuong (LE Quoc-Cuong) % Email: cuonglq.vietnam@gmail.com % Muc dich: Giai bai toan dong chay nhot khong nen qua tru bang % phuong phap IB ket hop voi phuong phap PGD % -clear all;close all;clc; format long ly = 1.6; lx = 3.2; nx = 256*2; ny = 256*1; hy = ly/ny; hx = lx/nx; h = hx; x = linspace(0,lx,nx+1); y = linspace(0,ly,ny+1); vect = 1.0; rho = 1.0; Re = 100; D = 0.1; nuy = (rho*vect*D)/Re; K = 3000; xc = 0.8; yc = ly/2; Nb = round(pi*D/h); dtheta = 0; [X,X1,kp,km,dtheta,Xe] = body(Nb,D,xc,yc,h); lp = sqrt((X(kp,1)-X(:,1)).^2+(X(kp,2)-X(:,2)).^2); lm = sqrt((X(:,1)-X(km,1)).^2+(X(:,2)-X(km,2)).^2); U = zeros(nx+1,ny+2); V = zeros(nx+2,ny+1); USTAR = zeros(nx+1,ny+2); VSTAR = zeros(nx+2,ny+1); U(1,2:end-1) = vect; dt = 0.0001; t = dt; tf = 180; ii = 0; while (t